Chúng tôi sử dụng cookie để cải thiện trải nghiệm của bạn. Bằng cách tiếp tục duyệt trang web này, bạn đồng ý với việc chúng tôi sử dụng cookie. Thông tin bổ sung.
Cảm biến áp suất đeo được có thể giúp theo dõi sức khỏe con người và nhận ra tương tác giữa người và máy tính. Những nỗ lực đang được tiến hành để tạo ra các cảm biến áp suất với thiết kế thiết bị phổ quát và độ nhạy cao với ứng suất cơ học.
Nghiên cứu: Bộ chuyển đổi áp suất áp điện dệt phụ thuộc vào kiểu dệt dựa trên sợi nano polyvinylidene fluoride kéo bằng điện với 50 vòi phun. Tín dụng hình ảnh: African Studio/Shutterstock.com
Một bài báo được công bố trên tạp chí npj Flexible Electronics báo cáo về việc chế tạo các bộ chuyển đổi áp suất áp điện cho vải sử dụng sợi dọc polyethylene terephthalate (PET) và sợi ngang polyvinylidene fluoride (PVDF). Hiệu suất của cảm biến áp suất được phát triển liên quan đến phép đo áp suất dựa trên mẫu dệt được chứng minh trên thang đo vải khoảng 2 mét.
Kết quả cho thấy độ nhạy của cảm biến áp suất được tối ưu hóa bằng thiết kế canard 2/2 cao hơn 245% so với thiết kế canard 1/1. Ngoài ra, nhiều đầu vào khác nhau đã được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các loại vải được tối ưu hóa, bao gồm uốn cong, bóp, nhăn, xoắn và nhiều chuyển động khác nhau của con người. Trong công trình này, một cảm biến áp suất dựa trên mô với mảng pixel cảm biến thể hiện các đặc điểm nhận thức ổn định và độ nhạy cao.
Gạo. 1. Chuẩn bị sợi PVDF và vải đa chức năng. Sơ đồ quy trình kéo sợi tĩnh điện 50 vòi phun được sử dụng để sản xuất các tấm nano sợi PVDF thẳng hàng, trong đó các thanh đồng được đặt song song trên băng tải và các bước là chuẩn bị ba cấu trúc bện từ các sợi monofilament bốn lớp. b Ảnh SEM và phân bố đường kính của các sợi PVDF thẳng hàng. c Ảnh SEM của sợi bốn lớp. d Độ bền kéo và độ biến dạng khi đứt của sợi bốn lớp theo hàm số xoắn. ​​e Mẫu nhiễu xạ tia X của sợi bốn lớp cho thấy sự hiện diện của pha alpha và beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Sự phát triển nhanh chóng của robot thông minh và các thiết bị điện tử đeo được đã làm nảy sinh nhiều thiết bị mới dựa trên cảm biến áp suất linh hoạt và các ứng dụng của chúng trong điện tử, công nghiệp và y học đang phát triển nhanh chóng.
Áp điện là điện tích được tạo ra trên vật liệu chịu ứng suất cơ học. Áp điện trong vật liệu không đối xứng cho phép có mối quan hệ thuận nghịch tuyến tính giữa ứng suất cơ học và điện tích. Do đó, khi một mảnh vật liệu áp điện bị biến dạng vật lý, điện tích được tạo ra và ngược lại.
Các thiết bị áp điện có thể sử dụng nguồn cơ học miễn phí để cung cấp nguồn điện thay thế cho các linh kiện điện tử tiêu thụ ít điện năng. Loại vật liệu và cấu trúc của thiết bị là các thông số chính để sản xuất các thiết bị cảm ứng dựa trên khớp nối cơ điện. Ngoài các vật liệu vô cơ điện áp cao, các vật liệu hữu cơ linh hoạt về mặt cơ học cũng đã được khám phá trong các thiết bị đeo được.
Các polyme được chế biến thành sợi nano bằng phương pháp kéo sợi điện được sử dụng rộng rãi như các thiết bị lưu trữ năng lượng áp điện. Các sợi nano polyme áp điện tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các cấu trúc thiết kế dựa trên vải cho các ứng dụng đeo được bằng cách cung cấp khả năng tạo ra cơ điện dựa trên độ đàn hồi cơ học trong nhiều môi trường khác nhau.
Với mục đích này, polyme áp điện được sử dụng rộng rãi, bao gồm PVDF và các dẫn xuất của nó, có tính áp điện mạnh. Các sợi PVDF này được kéo và kéo thành vải cho các ứng dụng áp điện bao gồm cảm biến và máy phát điện.
Hình 2. Các mô diện tích lớn và các tính chất vật lý của chúng. Ảnh chụp một mẫu gân ngang 2/2 lớn lên đến 195 cm x 50 cm. b Ảnh SEM của một mẫu gân ngang 2/2 bao gồm một sợi ngang PVDF xen kẽ với hai nền PET. c Mô đun và độ biến dạng khi đứt trong các loại vải khác nhau có các cạnh sợi ngang 1/1, 2/2 và 3/3. d là góc treo được đo cho vải. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R et al. (2022)
Trong công trình hiện tại, các máy phát vải dựa trên sợi nano PVDF được chế tạo bằng quy trình kéo sợi tĩnh điện 50 tia tuần tự, trong đó việc sử dụng 50 vòi phun tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất thảm nano bằng băng tải quay. Nhiều cấu trúc dệt khác nhau được tạo ra bằng sợi PET, bao gồm gân ngang 1/1 (trơn), 2/2 và 3/3.
Công trình trước đây đã báo cáo việc sử dụng đồng để căn chỉnh sợi dưới dạng dây đồng căn chỉnh trên trống thu sợi. Tuy nhiên, công trình hiện tại bao gồm các thanh đồng song song cách nhau 1,5 cm trên băng tải để giúp căn chỉnh các ống phun dựa trên tương tác tĩnh điện giữa các sợi tích điện đi vào và các điện tích trên bề mặt của các sợi gắn vào sợi đồng.
Không giống như các cảm biến điện dung hoặc cảm biến áp điện trở đã mô tả trước đây, cảm biến áp suất mô được đề xuất trong bài báo này phản ứng với nhiều lực đầu vào từ 0,02 đến 694 Newton. Ngoài ra, cảm biến áp suất vải được đề xuất vẫn giữ được 81,3% đầu vào ban đầu sau năm lần giặt tiêu chuẩn, cho thấy độ bền của cảm biến áp suất.
Ngoài ra, các giá trị độ nhạy đánh giá kết quả điện áp và dòng điện cho kiểu đan gân 1/1, 2/2 và 3/3 cho thấy độ nhạy điện áp cao là 83 và 36 mV/N đối với áp suất gân 2/2 và 3/3. 3 cảm biến ngang cho thấy độ nhạy cao hơn lần lượt là 245% và 50% đối với các cảm biến áp suất này, so với cảm biến áp suất ngang 24 mV/N 1/1.
Gạo. 3. Ứng dụng mở rộng của cảm biến áp suất toàn vải. a Ví dụ về cảm biến áp suất đế giày làm bằng vải gân ngang 2/2 được chèn dưới hai điện cực tròn để phát hiện phần trước bàn chân (ngay bên dưới ngón chân) và chuyển động của gót chân. b Sơ đồ biểu diễn từng giai đoạn của từng bước trong quá trình đi bộ: gót chân tiếp đất, tiếp đất, tiếp xúc ngón chân và nhấc chân. c Tín hiệu đầu ra điện áp phản ứng với từng phần của bước đi để phân tích dáng đi và d Tín hiệu điện khuếch đại liên quan đến từng giai đoạn của dáng đi. e Sơ đồ cảm biến áp suất mô toàn phần với một mảng gồm tối đa 12 ô pixel hình chữ nhật có các đường dẫn được tạo hoa văn để phát hiện các tín hiệu riêng lẻ từ mỗi pixel. f Bản đồ 3D của tín hiệu điện được tạo ra bằng cách ấn ngón tay vào từng pixel. g Chỉ phát hiện tín hiệu điện ở pixel được ấn bằng ngón tay và không tạo ra tín hiệu phụ ở các pixel khác, xác nhận rằng không có nhiễu xuyên âm. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R và cộng sự. (2022)
Tóm lại, nghiên cứu này chứng minh một cảm biến áp suất mô có độ nhạy cao và có thể đeo được kết hợp với sợi nano PVDF áp điện. Cảm biến áp suất được sản xuất có phạm vi lực đầu vào rộng từ 0,02 đến 694 Newton.
Năm mươi vòi phun được sử dụng trên một máy kéo sợi điện nguyên mẫu và một tấm thảm liên tục bằng sợi nano được sản xuất bằng băng tải theo mẻ dựa trên thanh đồng. Trong quá trình nén không liên tục, vải viền ngang 2/2 được sản xuất cho thấy độ nhạy là 83 mV/N, cao hơn khoảng 245% so với vải viền ngang 1/1.
Các cảm biến áp suất dệt toàn bộ được đề xuất theo dõi các tín hiệu điện bằng cách đưa chúng vào các chuyển động sinh lý, bao gồm xoắn, uốn cong, bóp, chạy và đi bộ. Ngoài ra, các đồng hồ đo áp suất vải này có độ bền tương đương với các loại vải thông thường, giữ lại khoảng 81,3% năng suất ban đầu ngay cả sau 5 lần giặt tiêu chuẩn. Ngoài ra, cảm biến mô được sản xuất có hiệu quả trong hệ thống chăm sóc sức khỏe bằng cách tạo ra các tín hiệu điện dựa trên các phân đoạn liên tục khi một người đi bộ.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, et al. (2022). Cảm biến áp suất áp điện vải dựa trên sợi nano polyvinylidene fluoride kéo bằng điện với 50 đầu phun, tùy thuộc vào kiểu dệt. Thiết bị điện tử linh hoạt npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Quan điểm thể hiện ở đây là quan điểm của tác giả với tư cách cá nhân và không nhất thiết phản ánh quan điểm của AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, chủ sở hữu và người điều hành trang web này. Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm này là một phần của các điều khoản sử dụng trang web này.
Bhavna Kaveti là một nhà văn khoa học đến từ Hyderabad, Ấn Độ. Cô có bằng Thạc sĩ và Tiến sĩ Y khoa từ Viện Công nghệ Vellore, Ấn Độ. về hóa học hữu cơ và dược phẩm từ Đại học Guanajuato, Mexico. Công trình nghiên cứu của cô liên quan đến việc phát triển và tổng hợp các phân tử hoạt tính sinh học dựa trên heterocycle, và cô có kinh nghiệm trong tổng hợp nhiều bước và nhiều thành phần. Trong quá trình nghiên cứu tiến sĩ, cô đã nghiên cứu về tổng hợp nhiều phân tử peptidomimetic liên kết và hợp nhất dựa trên heterocycle được kỳ vọng có tiềm năng chức năng hóa hoạt động sinh học hơn nữa. Trong khi viết luận án và bài báo nghiên cứu, cô đã khám phá niềm đam mê của mình đối với việc viết khoa học và truyền thông.
Cavity, Buffner. (11 tháng 8 năm 2022). Cảm biến áp suất vải toàn phần được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được. AZonano. Truy cập ngày 21 tháng 10 năm 2022 từ https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. “Một cảm biến áp suất toàn mô được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được”. AZonano.Ngày 21 tháng 10 năm 2022 .Ngày 21 tháng 10 năm 2022 .
Cavity, Buffner. “Cảm biến áp suất toàn mô được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Tính đến ngày 21 tháng 10 năm 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Cảm biến áp suất toàn vải được thiết kế để theo dõi sức khỏe đeo được. AZoNano, truy cập ngày 21 tháng 10 năm 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Trong cuộc phỏng vấn này, AZoNano trò chuyện với Giáo sư André Nel về một nghiên cứu sáng tạo mà ông tham gia, mô tả quá trình phát triển chất mang nano “bong bóng thủy tinh” có thể giúp thuốc đi vào tế bào ung thư tuyến tụy.
Trong cuộc phỏng vấn này, AZoNano trò chuyện với King Kong Lee của UC Berkeley về công nghệ đoạt giải Nobel của ông, nhíp quang học.
Trong cuộc phỏng vấn này, chúng tôi trò chuyện với SkyWater Technology về tình hình của ngành công nghiệp bán dẫn, cách công nghệ nano đang giúp định hình ngành công nghiệp này và mối quan hệ đối tác mới của họ.
Inoveno PE-550 là máy phun/kéo sợi điện bán chạy nhất để sản xuất sợi nano liên tục.
Công cụ lập bản đồ điện trở tấm tiên tiến Filmmetrics R54 dành cho tấm bán dẫn và tấm composite.